(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基材と、前記基材上の積層体とを含むフィルタであって、前記積層体が、
第１の金属層と、
前記第１の金属層の両側にある第１の誘電体層及び第２の誘電体層であって、前記第１の誘電体層は、前記第２の誘電体層よりも前記基材の近くにあり、前記誘電体層のそれぞれは、第１の亜鉛系薄膜と、特定の金属用のシード薄膜として機能するように亜鉛割合が前記第１の亜鉛系薄膜よりも大きい第２の亜鉛系薄膜とを含み、前記第１の金属層は、前記特定の金属の層であり、前記第２の誘電体層は、前記第１の金属層と前記第２の誘電体層の前記第１の亜鉛系薄膜との間にインジウム系薄膜を含み、前記インジウム系薄膜は、前記第２の誘電体層の前記第１の亜鉛系薄膜によって、前記第２の誘電体層の前記第２の亜鉛系薄膜から離れている第１の誘電体層及び第２の誘電体層と、
目標シート抵抗を実現するために金属層と誘電体層との繰返しを含む繰返しパターンとを含むフィルタ。
【請求項２】
前記第２の亜鉛系薄膜における前記亜鉛割合が８０パーセント〜１００パーセントの範囲内である請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記第１の亜鉛系薄膜中の亜鉛割合が２５パーセント〜７５パーセントの範囲である請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記第１の金属層が銀又は銀合金であり、前記第１の亜鉛系薄膜の層及び前記第２の亜鉛系薄膜の層が亜鉛・スズ層である請求項２に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記第１の亜鉛系薄膜が、前記基材と前記第１の亜鉛系薄膜との間にインジウム系薄膜を含む請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記基材がプラズマ・ディスプレイ・パネルに付けられる請求項１に記載のフィルタ。
【請求項７】
全部で４層の前記金属層及び５層の前記誘電体層を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記繰返しパターンのそれぞれの前記誘電体層が、亜鉛系の第１及び第２の薄膜を含み、前記第１の薄膜は、前記第２の薄膜よりも前記基材の近くにあり、それぞれの前記第２の薄膜は、前記第１の亜鉛系薄膜よりも大きい亜鉛割合を有する請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記繰返しパターンのそれぞれの前記誘電体層が、前記第１の薄膜よりも前記基材の近くにあるインジウム系の薄膜をさらに含む請求項８に記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記繰返しパターンのそれぞれの前記金属層が、前記特定の金属の層である請求項８に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光学的配列を提供することに関し、さらに具体的に言えば、目標の光学的性質と小さいシート抵抗とを有するコストパフォーマンスの高い光学フィルタを提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタの目標とする光学的性質の選択は、目的の用途に応じてかなり変わる。例えば、本特許書類の譲渡人に譲渡されたＨｏｏｄ氏らの米国特許第５，０７１，２０６号は、自動車、住宅、オフィスの窓に使用できるフィルタを記載している。このＨｏｏｄ氏らの特許は、層の配列が、色補正、熱反射性、赤外線反射性をもたらすことを記載している。これに対して、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）用の皮膜の所望の性質は、いくらか異なる。同様に本特許書類の譲渡人に譲渡されているＬａｉｒｓｏｎ氏らの米国特許出願公開第２００６／００５５３０８号は、ＰＤＰ用の光学フィルタの設計において考慮される要素を記載している。これらの特定される要素は、送信される色の中立度、反射光のレベル、視聴者の入射角の変化による色ズレ並びに赤外線及び電気機械放射線の透過レベルである。残念なことに、窓の被覆用又はＰＤＰの被覆用の光学フィルタのいずれを設計するにしても、異なる要素の間の兼ね合いがある。したがって、フィルタを修正して、一方の所望の性質に関して条件を向上させることと、他方の性質に関して目標レベルを維持することとは両立しない場合がある。
【０００３】
図１は、１の構成単位又は別の板ガラス１０を含むプラズマ・ディスプレイ・パネル用のフィルタを提供する１つの可能な層配列である。最初に、エタロン・フィルタ１２がポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）基材１４に形成され、次にＰＥＴ基材１４が、接着剤層１６により板ガラスに付けられる。プラズマ・ディスプレイは、赤外線及び電磁妨害（ＥＭＩ）を発生させ、これらは法制化された規定に従って抑制されなければならないので、フィルタ層１２は、ディスプレイからの赤外線及びＥＭＩを減らすことを目的とされている。複数の銀層を基にしたエタロン・フィルタは、赤外線波長及び電磁波を遮蔽するために使用される。隣接する銀層間の干渉は、所望の遮蔽を実現しながら、可視領域内で共振透過を起こすように調整することができる。上記の参照されたＨｏｏｄ氏らの特許は、適切な層の順序を説明している。
【０００４】
図１はまた、もともと第２のＰＥＴ基材２０上に形成された反射防止（ＡＲ）積層体１８も含む。反射防止積層体は、当技術分野においてよく知られている。第２の接着剤層２２は、ＰＥＴ基材２０を図１の他の要素に固定する。
【０００５】
ＰＤＰフィルタ１２は、ディスプレイからの赤外線透過及びＥＭＩを減らす一方で、フィルタはまた、外見上受け入れられなければならず、また表示された映像を見る上で優れた忠実度を得られなければならない。したがって、このフィルタの透過率は、光スペクトルの可視領域内で高くあるべきであり、またプラズマ・ディスプレイの演色を変えないように相対的に無色であるべきである。さらに、ディスプレイは反射率が低くあるべきであり、そして反射された色は、青みがかかった色からわずかに赤みがかかった色であるべきであるという一般的な期待がある。
【０００６】
色は、様々なやり方で表現できる。上記の引用されたＨｏｏｄ氏らの特許では、色は、ＣＩＥ Ｌａ*ｂ*１９７６の色座標系、特にＡＳＴＭ ３０８−８５法で表現される。この方法を使用すると、性質は、０の近くのａ*及びｂ*に対する値で示される。一般に、消費者は、コンピュータのディスプレイは、色が中間色であるか、あるいはわずかに青みがかかっているように見えると予想する。図２に示されるＬａ*ｂ*の座標系を簡単に参照すると、これは、一般に反射されたａ*（すなわちＲａ*）が−２〜約１０の範囲内にあり、また反射されたｂ*（すなわちＲｂ*）が−４０〜約２の範囲内にあるという予想をもたらす。このような予想は、破線２３で示される。
【０００７】
大量情報ディスプレイのユーザーは、一般に、視野角が変化しても反射色の変化が最小限にとどめられることを期待する。近距離からディスプレイを見ると、どんな色変化も気を散らすものであり、そこではディスプレイの色は、その表面の全域で変化するように見える。プラズマ・ディスプレイ・パネルは、画像化に必要な多数のピクセルと大きなピクセル・サイズとにより本質的に大きいので、視野角と共に色の移動を少なくする必要性が高くなる。これは特に、色の「赤−緑」成分Ｒａ*が、角度とともに大幅に変化する場合に好ましくない。他方の座標軸Ｒｂ*に関する変化は、このディスプレイが垂直入射で大きな反射−Ｒｂ*（すなわち、強い青反射色）を持つときには、一般的に問題が少ない。
【０００８】
前述の通り、ＰＤＰフィルタの設計に関する異なる要素は、相反することがある。同じことが、窓用のフィルタの設計にも当てはまる。一般に、反射色を調整することは、ＥＭ遮蔽能力と競合する。代表的な銀エタロン・フィルタは、主として赤外線を反射することで赤外線を遮蔽する働きをする。赤外線は、波長が比較的赤に近く、それゆえ効果的に調整することが困難であると同時に、スペクトルの赤領域（すなわち、６２０〜７００ｎｍ）内で低反射を得る。この問題は、プラズマ・ディスプレイでは特に深刻であり、そこではスペクトルの赤領域内で高い透過率を維持しながら、８２０ｎｍと８８０ｎｍにてＸｅの放出から保護することが望ましい。
【０００９】
ＰＤＰフィルタ１２に小さいシート抵抗を必要とすることで、光スペクトルの赤領域内で反射を調整することがさらに一層困難になる。赤透過を最大にする目標と、シート抵抗を最小にする目標とのバランスを取ろうとする試みがなされている。オカムラ氏らの米国特許第６，１０２，５３０号は、プラズマ・ディスプレイ用の光学フィルタについて記載しており、そこではフィルタが３オーム／スクウェアよりも小さいシート抵抗を有している。一般に、ＰＤＰセットが最大の発光効率を有している場合でも、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）のクラスＢ基準を満たすために、１．５オーム／スクウェアよりも小さいシート抵抗が要求される。１．４オーム／スクウェアよりも小さいシート抵抗が好ましい。クラスＢの適合性を実現するために、０．１オーム／スクウェア〜０．２オーム／スクウェアのシート抵抗を有する銅線メッシュＰＤＰ  ＥＭＩフィルタが使用されることが多い。
【００１０】
より小さいシート抵抗の要件では、エタロンＥＭＩフィルタに関する色の問題が増大する。フィルタの導電層が厚くなるにつれてフィルタの透過帯域幅が狭くなり、その結果、赤反射の増加及び透過における色帯域幅の低下の両方がもたらされる。
【００１１】
エタロン・フィルタが異なる視野角にて赤反射を示す傾向と、一般的に期待される消費者製品の外観との間には、相反するものがある。これは、自動車フロントガラスの設計から知られおり、そこでは不快な「紫色」の外観は、いくつかのフロントガラスでの雲の反射によりもたらされる。この不快な反射は、そのようなフィルタに使用される導電層の厚さを制限する。
【００１２】
図２は、４銀層皮膜がＰＤＰ用に設計されることが困難であることを示している。プロット２４は、垂直入射から６０度までの視野角の関数として色を示している。４銀層皮膜は、許容できるシート抵抗を持ち、また垂直入射で許容できる発色を提供するために、全銀層の厚さ４５ｎｍを有する。しかし、この図で示されるように、この４銀層皮膜を６０度の角度で見ると、その反射光は約３０のＲａ*で、強く赤になる。さらに、入射角とともに大きな色ズレがあり、それにより、近距離で見られる大画面に関して、その画面全域に明らかな色差を引き起こす。したがって、この４銀層皮膜はいくつかのクラスＢのＥＭＩ用途に適しているにもかかわらず、外見上受け入れられないと考えられることがある。
【００１３】
上記で引用されたＬａｉｒｓｏｎ氏らの参照文献は、従来技術に優るいくつかの利点を持つフィルタを記載している。このフィルタは、誘電体層により互いに隔てられている、例えば銀層又は銀合金層のような少なくとも５層の金属層を含む。５層の金属層と６層の誘電体層にすることができる。この参照文献は、これらの誘電体層が酸化インジウム、又は酸化インジウムと酸化チタンとの化合物であることを述べている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
光学フィルタを提供する従来技術の手法は、所望の性質に関する目標レベルの達成において継続的な向上を示しているとはいえ、さらなる向上が求められている。理想的には、このような向上は、同時にコストを削減しながら達成され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の実施形態では、光学フィルタは、積層体が、金属層と、少なくとも１つの誘電体層が２つ以上の亜鉛系薄膜によって定められる誘電体層とを含むようにして、上記積層体を基材上に形成することで提供される。この実施形態では、これらの亜鉛系薄膜は亜鉛割合が異なっており、またこれらの割合の選択は、異なる要素に基づいている。本発明の他の実施形態では、光学フィルタは透明な基材上のいくつかの層から形成され、その少なくとも１層は、亜鉛割合が意図的に１００パーセントよりも少なく、かつ８０パーセントよりも大きい亜鉛系薄膜である。ここで使用される「層」という語は、特定の屈折率を実現するなど、所望の性質を示す１又は複数の薄膜として定義される。金属層と誘電体層の「交互のパターン」中の「誘電体層」は、屈折率が１．０よりも大きい層として、ここでは定義されている。亜鉛系薄膜に関して、屈折率は、好ましくは亜鉛系の材料で得ることのできる最大の屈折率である。
【００１６】
亜鉛系薄膜を使用して誘電体層を形成することで、インジウム系誘電体層の形成と比較して、コストが大幅に削減される。さらに、１の層を形成する異なる亜鉛系薄膜中の亜鉛割合を調整することで、性能の利点が得られる。第１の実施形態により１又は複数の誘電体層を形成することによる１つの驚くべき結果は、上記で引用された手法と比較して、視野角の関数としての色の変化がさらに小さいことである。別の驚くべき結果は、シート抵抗が少なくなることである。例えば、１．２５オーム／スクウェアのシート抵抗が得られている。誘電体薄膜の形成では、堆積された第１の亜鉛系薄膜は、工程安定化を含む要素に基づいて選択される亜鉛割合を有している。この層の好ましい範囲は、２５パーセント〜７５パーセントであるが、この範囲は、さらに好ましくは約５０パーセント（±５パーセント）である。次に形成される亜鉛系薄膜中の亜鉛割合の選択は、その次に形成される金属層用のシード層の設定目標の性質を含む要素に基づいている。この第２の亜鉛割合は意図的に第１の亜鉛割合よりも大きい。第２の亜鉛割合は、８０パーセント〜１００パーセントの範囲内にあり、好ましくは約９０パーセントである。
【００１７】
これらの亜鉛系薄膜は亜鉛・スズ（ＺｎＳｎ）とすることができるが、他の材料も選択できる。この亜鉛とスズとは、スパッタ堆積される。このスパッタ堆積する実施形態では、「パーセント」という語と「割合」という語は、その目標材料の組成への言及として、ここでは定義されている。この層が誘電体層であることを確実にするために、この製造は酸化を可能にする。したがって、ＺｎＳｎの実施形態では、ＺｎＯとＳｎＯ2が形成される。しかし、それぞれの誘電体層の亜鉛系薄膜の一方又は両方は、ＺｎＳｎに代わるものであり得る。例えば、堆積した第１の亜鉛系薄膜は、工程中での安定性のためにＺｎＳｎにする一方で、第２の亜鉛系薄膜は、銀及び銀合金用のシード層として優れているために、Ｚｎ／アルミニウムにすることができる。
【００１８】
さらなる向上として、この誘電体層は、ＩｎＯxなどインジウム系である初期の薄膜から形成されることができる。この初期の薄膜は、前に形成された金属層を保護するために使用されることができる。このインジウム系薄膜を、水素含有量の高い流れで形成することで、下にある銀層が酸化から保護されて、その工程が安定する。
【００１９】
したがって、本発明の第１の実施形態は、これらの誘電体層が、２つ以上の薄膜によって形成された「合成層」であり、この２つ以上の薄膜は、合成誘電体層中のこれらの薄膜の位置に基づいて選択される化学的性質を有する。本発明の第２の実施形態では、該当する薄膜は、例えばＺｎＳｎのような、亜鉛割合が８０パーセント〜１００パーセントの範囲内にある亜鉛系薄膜である。このような薄膜は、銀用のシード層に特に適しており、そこではそのシート抵抗が最終製品にとって重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図３を参照すると、フレキシブル高分子基材１００上に、交互する層パターンが形成されている。高分子基材１００は、厚さが２５〜１００マイクロメートルであるＰＥＴにすることができる。図３には示されてないが、基材の交互する層パターンと反対の側は、接着剤の層と剥離片を含むことがある。この剥離片は接着剤から容易に除去され、それによりこの接着剤層を使用すれば、フィルタをすることが要望される部材に基材及びその層を結合することができる。例えば、このフィルタを、プラズマ・ディスプレイ・パネル又は窓に接着することができる。他の実施形態では、上記交互する層パターンは、フィルタすることが要望される部材上に直に形成される。例えば、このプラズマ・ディスプレイ・パネルをスパッタ室に通して、これらの層を形成する材料を堆積させることが必要である。
【００２１】
図３は、５層の誘電体層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５と４層の金属層１０６、１０７、１０８、１０９がある好ましい実施形態を示している。この好ましい実施形態では、これらの金属層は、銀又は銀合金の層である。銀合金の層は、最初に銀をスパッタし、次に薄いチタン・キャップ層をスパッタし、その後でこのチタン・キャップ層にアニール処理と酸化とをすることで形成される。この金属層をアニール処理することで、この層のシート抵抗は０．８オーム／スクウェアに下げられることが明らかになっている。受け入れられる銀合金は、ＡｇＡｕ及びＡｇＰｄを含む。特にガラスを被覆するときに、小さい割合のＰｄの添加が知られている。
【００２２】
それぞれの誘電体層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５は、「合成層」である。図示された実施形態では、第１の誘電体層１０１は、３つの薄膜１１０、１１２、１１４から形成されている。第１の誘電体層１０１は、その金属層１０６との組合せで図４にも示される。同様に、第２の誘電体層１０２、第３の誘電体層１０３、第４の誘電体層１０４、第５の誘電体層１０５はそれぞれ、３つの薄膜１１６、１１８、１２０から形成されている。これらの薄膜及び層は、寸法に合わせた比率では示されてない。金属層１０６、１０７、１０８、１０９は、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さを有するが、ただし他の可能性も考慮される。誘電体層を形成する３つの薄膜の全厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるが、ただしそれ以外も可能である。
【００２３】
誘電体層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５は、異なる酸化膜１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０から形成されていて、この誘電体層の異なる部分が、異なる性質を実現するように調整されている。基材１００にもっとも近い薄膜は、下にある層を保護するために、水素含有量の高い流れで形成されるＩｎＯxである。これは、下にある銀層１０６、１０７、１０８、１０９を酸化から保護するため、上部の誘電体層１０２、１０３、１０４、１０５では特に有用である。さらに、インジウム系層の形成は、スパッタ堆積において安定する。好ましい実施形態では、これらの層及び薄膜は、スパッタ堆積される。しかし、第１の誘電体層１０１は、コストを削減するためにＩｎＯxなしに堆積されることもあり、好ましくは下にあるＡｇ層を保護する要件がないときに、第１の誘電体層１０１は、ＩｎＯxの代わりにＺｎ系合金を用いて堆積される。薄膜１１４は、１番目の３つの薄膜１２０と同様に、Ａｇ層での最適な核形成条件のために選択されるべきである。
【００２４】
インジウム系薄膜１１０及び１１６は、利点を提供するとはいえ、このような薄膜は比較的高価である。したがって、それぞれの誘電体層１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の第２の薄膜１１２及び１１８は、亜鉛系である。図示された実施形態では、これらの層はＺｎＳｎである。図３及び図４は、亜鉛割合を５０パーセントとして示している。これは好ましい実施形態であり、その範囲は、２５パーセント〜７５パーセントにし得る。このような割合を選択するための目標要素には、コストと工程安定化が含まれる。第３の薄膜１１４及び１２０は、重量基準でさらに高い亜鉛含有量を有している。図３はさらに、この薄膜をＺｎＳｎとして示している。しかし、この薄膜を選択するための要素は、インジウム系薄膜１１０及び１１６に対するコストと、後に形成される金属層１０６、１０７、１０８、１０９用のシード層としての品質である。ＺｎＳｎに加えて、この亜鉛系薄膜は、亜鉛とアルミニウムから形成されることがある。これは、そのような層が、銀用のシード層を与えることになるからである。図示された実施形態に示される亜鉛割合は、９０重量パーセントであるが、ただしこの割合は、８０パーセント〜１００パーセントよりもわずかに少ないパーセントまでの範囲内で変化する。これは、ＺｎＡｌの薄膜にも当てはまる。
【００２５】
図３の光学フィルタを形成する１つの可能な工程を、図５を参照して説明する。しかし、当業者であれば、本発明から逸脱せずに他の形態が利用できることを分かるであろう。例えば、使用されるカソード（陰極）を少なくすることがある。図５では、一対のロール１２６及び１２８の時計回りの回転と反時計回りの回転とにより、フレキシブル基材１００の編物を、ドラム１２２と１２４の周りに移動させる。ロール１２６は、本発明を説明するために供給ロールであると考える。図示された実施形態では、図３の様々な層１０１〜１２０は、化学反応を伴って及び化学反応を伴わずに基材上にスパッタ堆積される。
【００２６】
始めの段階では、この基材は、銀堆積工程１３２とチタン堆積工程１３４を通り過ぎて進むが、これらの工程は休止状態のままである。それゆえ、インジウム工程１３６は、構成要素の第１の薄膜をこの基材上に提供する。実際には、この基材上にプライマー層が形成されることがあるが、このプライマー層は本発明には重要でなく、図３には示されない。前述の通り、このインジウムは、水素含有量の高い流れを持つ環境において堆積される。これは、下にある銀層を保護するように意図されている。したがって、第１の段階では、酸化インジウムの薄膜は、第２の段階よりも重要でない。しかし、第１の誘電体層１０１は、図３に示されるように、３つの薄膜すべてを含む。
【００２７】
図５は、第１のＺｎＳｎ薄膜１１２の含有量を与える５つの異なるＺｎＳｎ工程を示している。これらの５つのＺｎＳｎ工程はそれぞれ、薄膜全体が完成するまで薄膜の一部を供する。次に、ＺｎＳｎ工程１４８及びＺｎＳｎ工程１５０は協働して、ＺｎＳｎの９０／１０薄膜１１４を形成する。前述の通り、また図３と図４に示される通り、これらの薄膜のそれぞれを酸化させて、低吸収の層を形成する。
【００２８】
次に、ロール１２６とロール１２８とを交換して、基材１００を第２の段階用の位置に配置する。この第２の段階では、銀層１０６又は銀合金層（例えば、ＡｇＡｕ又はＡｇＰｄ）は、工程１３２の活動により堆積される。薄いチタン層（厚さが２ｎｍよりも薄い）は、第２の誘電体層１０２の堆積の前に、銀層上に堆積される。このチタン層を使用して、酸化から銀層を保護する。
【００２９】
第２の誘電体層１０２は、第１の誘電体層１０１と同一の方法で形成される。次に、ロール１２６とロール１２８とを再び交換して第３の段階を実行し、第２の銀層１０７を与える。この工程は、所望の数の誘電体層と金属層とを得るまで繰り返される。
【００３０】
本発明の一つの利点は、得られる製品が、視野角の変化による色の変化が予想以上に小さいということである。他の予想以上の結果は、シート抵抗が小さいことであった。５層の誘電体層と、Ａｇの全厚が約５０ｎｍである４層のＡｇ層を備える皮膜積層体では、１．２５オーム／スクウェアのシート抵抗が実現された。さらに、亜鉛系の層の使用と、同様な結果又はそれよりも望ましくない結果をもたらす他の光学フィルタよりも必要とする層が少ないという事実とにより、コストの削減がもたらされる。この工程は安定であり、そして必要とされる製造サイクルの時間は、さらに短い。この種の他のフィルタには必要とされるであろういかなる防食膜も、本最終製品に追加する必要はない。
【００３１】
図３のフィルタは、図１の構成材とともに使用されることがある。フレキシブルな編物に形成されるときには、この編物は必要に応じて切断され、そしてガラス又はプラズマ・ディスプレイ・パネルに付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用され得るフィルタの側面図である。
【図２】従来技術での４層の銀層を有する積層体に関する視野角の関数としての色のプロットである。
【図３】本発明の１の可能な実施形態により形成される一連の層の側面図である。
【図４】複数薄膜からなる１の誘電体層と、１の金属層とを示す、図３の層の一部の側面図である。
【図５】図３に示される基材上に一連の層を与える工程の１つの可能な実施形態の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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